指向计算思维培养的项目化学习实践研究 .pdfVIP

指向计算思维培养的项目化学习实践研

究

一、背景

2022年4月，《义务教育信息科技课程标准》颁布。新课标指出核心素养主

要包括以下四个方面：信息意识、计算思维、数字化学习创新、信息社会责任。

其中，信息科技中问题求解的思维方式是计算思维，计算思维是信息科技学科里

最为本质的。计算思维是一种抽象概念，传统的信息技术课堂教学方式不能很好

的培养学生的计算思维能力，而项目化的教学方法以其高情境性、高参与度、高

协作性、问题导向、学习的真实性等优势成为培养学生计算思维的最好方法。

二、“智能电灯”项目学习案例

本项目以信息技术学科为核心，融合Scratch编程、人工智能单等知识内容，

设计并制作智能感应灯，实现灯的智能控制功能。

项目所面向的学生是参与学校信息类兴趣小组人工智能组的学生，以四五年

级学生为主。他们在兴趣小组的学习中对人工智能硬件搭建和编程有了一定的认

识，并在以往的项目制作过程中初步了解，为本项目的学习打下了一定基础。

（一）计算思维培养目标

1.掌握顺序结构、分支结构、循环结构、常量、运算符等基本概念。

2.理解项目问题，能够将复杂的问题分解为多个简单的问题；设计智能电灯

的结构；正确安装超声波传感器、光敏传感器和声音传感器，确定不同传感器的

检测值；使用图形化编程语言编写程序；通过设计制作智能感应灯，实现灯感应

人的靠近、感应光线的强弱和感应噪音的大小的功能。

3.通过测试和调试，查找错误，纠正错误；根据项目学习任务，选择合适的

资源学习、规划步骤，在反思与交流过程中，对项目作品进行完善与迭代。能够

将项目中所学的知识技能运用迁移到其他问题的解决中。

（二）项目学习实施过程

步骤一：搭建智能电灯

学生根据设计图搭建智能感应灯，主要用到的传感器有超声波传感器、光敏

传感器、声音传感器和一些连接件。学生通过小组讨论、动手实践，用不同的材

料完成了多种多样的作品。

步骤二：实现“自动开关”的电灯

灯自动开关可以用什么传感器实现？学生在之前的课上学过超声波倒车雷达，

利用其测距功能就可以实现感应人的靠近，但是也有小组提出人体红外传感器也

可以感应人的靠近，于是，各小组分别对这两种传感器进行了实验。学生根据教

师提供的项目导学单进行自主探究并记录遇到的问题及解决方法。

在程序编写过程中，大部分小组通过尝试选择了超声波传感器来检测是否有

人靠近，并用程序控制灯的自动开关。超声波传感器的工作原理是反射声波，用

于测量距离，检测障碍物不受多种因素的影响。而红外传感器的工作原理是反射

光波，红外传感器值受光照条件影响较大，它在黑暗中不能工作，而超声波传感

器可以在黑暗中工作。在智能电灯项目中使用超声波传感器比红外传感器更可靠。

超声波的检测值是多少才合适，同学们通过不断地调试实验，找到符合现实使用

习惯的距离，实现了灯自动开关的功能。

步骤三：实现“自动调节亮度”的电灯

晴天的时候灯光过亮甚至没必要开着灯；而阴天的时候灯光又太暗，过亮过

暗的灯光都容易造成近视。如何让灯根据光线强弱自动调节亮度呢？师生讨论后，

决定使用光敏传感器来实现，光敏传感器作为输入模块，需要搭配LED灯输出模

块来实现功能。实验时光线的亮度值需要不断地调试才能得到较准确的数值，而

只靠红黄绿三种LED灯不能实现灯光的强弱的变化，该怎么解决这个问题？教师

让学生在套装中找找还有什么更好的模块可以实现？于是引出彩色LED灯，通过

三原色、暖色调、冷色调知识的讲解，让学生通过调节色彩、饱和度、亮度值三

个数值来实现白炽灯光的效果。最后编写代码实现光敏传感器检测环境光线强弱

来自动调节感应灯亮度。随着问题不断提出、解决的过程提高了学生深度学习能

力，培养了学生的计算思维。

步骤四：实现电灯“会说话”的功能

在学校图书角灯的使用情境中，学生还发现：由于读书角在公共区域，下课

时很多同学经过，吵闹的声音会打扰阅读的同学，该怎么解决这个问题？有的小

组建议在灯上加上红灯闪烁来提示；有的小组这提出用蜂鸣器来温馨提示……教

师接着提问：那是不是安静的时候也需要提示呢？于是，引出利用声音传感器来

检测人的声音大小，当达到噪音的标准时才发出提示。学生根据评价作品要求进

行不断的功能完善，多次尝试调试实验的噪音数值得到一个相对合适的数值，利

用选择结构程序来控制不同的情况下的操作。

在该环节中，学生综